空氣炮探究設計

1、初中物理課外探究實驗課神奇的空氣炮劉欣（西安市西電中學 陜西 710077 ）一、教學思路通過學生日常生活中喜愛的卡通形象一一哆啦A夢引入新課，通過演示實驗將動畫片中的空氣炮展現(xiàn)在學生眼前，讓 學生感受空氣炮的神奇威力。在創(chuàng)設出的真實情景中，引導 學生探究影響空氣炮威力因素及其作用機理，并做出相應的 假設猜想。隨后，學生通過親自動手制作空氣炮，利用控制 變量的實驗探究方法對這一問題進行探究。本課程將實驗探 究與教師講授結(jié)合，讓學生掌握空氣炮作用機理同時了解其 在生活中的運用。在課堂中，學生親自動手，實驗探究培養(yǎng) 學生科學思維； 教師寓教于樂， 科學設計激發(fā)學生學習興趣。二、教學目的1. 知識與

2、技能：感受空氣炮威力，了解其作用機理，掌握 波在運動中傳遞能量。2. 方法與途徑： 課上指導學生制作空氣炮， 并通過實驗探 究影響空氣炮威力因素，課下鼓勵學生利用實驗結(jié)論，制作 威力更大的空氣炮。3. 情感與評價： 舉例說明空氣炮在實際生活中的應用培養(yǎng) 學生熱愛科學，體驗物理之美的情感。4. 現(xiàn)代教育技術(shù)： 視頻演示與實驗演示相結(jié)合， 為學生營 造豐富的物理學期情境。三、教學分析：1. 教學內(nèi)容分析本節(jié)講述空氣具有能量及其應用。 讓學生了解空氣能量的 來源是沖擊波向前運動傳遞能量，為以后講機械波及動能方 面打下基礎(chǔ)。重點是“空氣炮的制作運用”，難點“認識空 氣能量大小及影響其大小的因素”2.

3、學生情況分析通過平時觀看的動畫作品， 大多數(shù)學生對空氣炮有較為直 觀的認識，但其深層原理學生并不了解，這樣便于將講授內(nèi) 容與學生原有經(jīng)驗結(jié)合。3. 教學方式通過學生喜愛的卡通形象引入新課，激發(fā)學生學習興趣； 利用演示實驗創(chuàng)建物理情景，幫助學生了解物理現(xiàn)象；采用 科學探究的方式，引導學生探究影響空氣炮威力的因素；建 立理論聯(lián)系生活的觀念，拓展學生生活視野。四、教學準備課前收集國內(nèi)外視頻， 查找論文研究實驗原理， 結(jié)合學生學齡特點在教學中插入動畫片斷，實驗器材選自生活，已獲 得可重復利用，降低學生動手成本，滿足課堂要求同時，利 于課下開展。五、教學過程課堂引入（5分鐘左右）視頻：播放動畫片哆啦 A

4、夢片斷（如圖1所示），主人公大雄多次使用了哆啦 A夢給他的威力巨大的武器空氣炮。圖1師：同學們，哆啦A夢這個角色相信大都很熟悉，它總是 能從口袋里變出各種各樣神奇的寶貝幫助它的主人度過難關(guān)。 那么剛才視頻中我們看到大雄拿的是什么東西??？生：哆啦A夢空氣炮。（與學生日常生活緊密聯(lián)系，學生 能輕松回答出問題）師：很好，看來同學們對這個動畫片都很了解。那么那個 同學能給大家說一說，這個空氣炮有什么作用？生：主人公在遇到危險時，將空氣炮套在手臂上，它能在 遠距離發(fā)射出威力巨大的空氣炮彈，擊倒對方。師：這位同學描述地非常好， 不知道大家心里有沒有這樣 的疑惑，平時看不見摸不到的空氣，真的會有這么大威力么

5、？ 是動畫片在異想天開還是其中有我們不知道的奧妙呢？今天， 老師將動畫中的空氣炮帶到了教室里，讓我們一起去探究神 奇的空氣炮。演示實驗（10分鐘左右）從講臺下拿出準備好的大型空氣炮，給同學展示。師：這個是老師給大家?guī)淼目諝馀?。雖然它外形上與動畫片中有些差異，但是它也能像動畫片中的空氣炮一樣， 產(chǎn)生巨大威力。口說無憑，接下來我將進行三組演示實驗，讓大家切實一圖2感受空氣炮的威力（如圖 3）。1、大型空氣炮滅蠟燭將10根燃燒的蠟燭以10厘米為間隔依次排開（如圖3所 示），將大紙箱放置在蠟燭延長線上，距離第一根蠟燭大約1 米位置處，紙箱的圓形開口對準蠟燭最高點。實驗開始前， 請同學們在紙箱位置吹蠟

6、燭，觀察吹滅的蠟燭根數(shù)。然后進 行實驗，用力擊打紙箱，一排蠟燭應聲熄滅。前后對比，讓 學生體驗到空氣炮產(chǎn)生的巨大威力。圖32、空氣炮“吹倒”易拉罐將6個易拉罐疊落成三角形橋（如圖 4所示），利用相同的紙箱對準易拉罐發(fā)出空氣炮彈，紙箱與易拉罐之間的距離 讓學生自定。實驗過程中，讓距離不斷增加，觀察紙箱發(fā)出 的空氣炮彈是否能夠擊倒易拉罐，不斷創(chuàng)造并打破更遠紀錄，直到易拉罐不受空氣炮彈沖擊作用，記錄最遠距離并請同學 在相同距離上嘗試用吹滅易拉罐。前后對比，讓學生體驗到 空氣炮射程也十分遠。3、煙霧效果讓空氣炮彈“露出真容”提出疑問，空氣炮的炮彈形狀是什么樣的？讓同學們作出假設，并進行實驗驗證。利用發(fā)

7、煙片往紙箱中填充煙霧，再 次擊打紙箱，使空氣炮彈從前端小口發(fā)射出去，同時用慢速 攝影設備記錄整個過程，反復觀察，得出空氣炮的炮彈形狀 為圓環(huán)型（如圖5所示）。最后讓學生上臺親自進行實驗，得出相同結(jié)論，并與之前假設做對比，探究炮彈形狀產(chǎn)生的 原因。4.原理：當我們擊打容器（空氣炮炮身）時，容器內(nèi)的空氣受到擠壓 被瞬間壓縮，空氣就從容器前端小口發(fā)射出去。 被壓縮的氣體形 成膨脹沖擊波（空氣炮彈），產(chǎn)生巨大能量。實驗中，炮彈的形 狀之所以呈圓環(huán)狀，是由于從小孔出去的空氣， 流動速度的比小 孔周圍的空氣快，根據(jù)伯努利定律，中間的氣體壓強就會比周圍 的空氣小，所以周圍的空氣就會把從中間噴出來的空氣壓縮，

8、使之保持在一個圓周里面（如圖 6所示），直到空氣阻力把能量都 消耗光。圖6師：從剛才的演示實驗我們可以看出，雖然外形上我們這 個空氣炮和動畫片中有區(qū)別，但是它們的原理是相同的，它 們都能釋放巨大威力。那么，我們怎么樣才能制作出威力更 大的空氣炮，空氣炮的威力與什么因素有關(guān)呢？生：我認為空氣炮的威力應該與炮身的大小、擊打力度并且和炮口口徑有關(guān)。師：很好，那我們一起通過實驗方法來探究這些因素對空 氣炮威力的影響。為了便于實驗，老師教大家一種全新的空 氣炮制作方法。制作環(huán)節(jié)（10分鐘左右）材料：易拉罐6個、氣球一包（厚的）、蠟燭 20支（4 個小組、每組5支）、透明膠4卷、剪刀8把（每組2把）、 打

9、火機、羽毛球長桶 4個、短筒4個（帶桶蓋）（如圖7 所示）制作過程：1將氣球一端系牢固，并在距頂端 1/3處，用剪刀裁 剪。（如圖8）2. 將氣球套在羽毛球桶一端，用膠帶固定。（如圖9所示）3. 將桶蓋裁出大小不一的圓孔，作為不同口徑的炮口 （如圖10所示）圖104. 拉動氣球并釋放，炮口就會發(fā)射出強勁氣流擊滅蠟燭（如圖11）圖11探究實驗（15分鐘）1. 空氣炮制作好后，讓每組同學依次點燃配備的 5根蠟燭， 學生親自動手，利用羽毛球桶空氣炮打滅蠟燭，感受空氣炮 的威力。2. 根據(jù)學生猜想進行實驗驗證， 分三個實驗小組， 采用控 制變量的方法，探究不同條件下空氣炮威力的大小。實驗過 程中，利用

10、力的傳感器，定量測量空氣炮產(chǎn)生力的大小，并 將數(shù)據(jù)進行比較分析，得出結(jié)論。3. 在具體實驗中， 探究擊打力度對空氣炮威力影響時， 其 他變量不變， 通過控制氣球拉開的長度來改變擊打的力度 （如 圖 12 所示）；探究炮身體積對威力影響時，其他變量不變， 通過采用不同大小的羽毛球桶來改變空氣炮炮身體積；探究 炮口半徑對空氣炮威力影響時，其他變量不變，通過在桶蓋 裁取不同大小的小口來改變空氣炮口徑大小。實驗過程中， 記錄相應數(shù)據(jù)。圖124. 實驗結(jié)束后，進行數(shù)據(jù)分析，得出炮身體積，擊打力度， 口徑大小對空氣炮威力大小的影響。并結(jié)合分析出的結(jié)論， 要求學生課下按照所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，制作威力更大的空氣炮， 并開展空氣炮比賽，學以致用。5. 科學聯(lián)系生活，舉例說明空氣炮在各個領(lǐng)域中應用的。 軍事上，空氣炮曾在二戰(zhàn)中被德軍用來擊落飛機。工業(yè)生產(chǎn)中，空氣炮多數(shù)用來清除管道內(nèi)的污垢，效果十分明顯。（如圖13所示）6. 最后觀看日本直徑10m超大型空氣炮創(chuàng)造世界紀錄視頻，激發(fā)學生繼續(xù)探索的興趣。（如圖 14所示）圖14課堂總結(jié)（5分鐘左右）1、簡單回顧空氣炮的原理及影響空氣炮威力的因素。2、拓展一下空氣炮在生活中的應用六、教學反思1、